叶面喷施氧化型谷胱甘肽对设施草莓光合作用、产量和品质的影响

吴长春，雷伟伟，范珊珊，陈 娟，邹春琴*，陈新平，曲明山，赵永志

（1．中国农业大学资源与环境学院/教育部土壤-植物相互作用重点实验室/中国农业大学资源环境与粮食安全中心，北京 100193；2．北京市土壤肥料工作站，北京 100029；3．西南大学资源与环境学院，重庆 400716）

设施草莓采果期周期长，从每年元旦前上市能够持续到五一，满足冬季鲜果市场的需求，成为市民的理想选择［1］。近年来北京市设施草莓产业发展迅速，2016年北京市设施草莓种植面积700 hm2，平均每公顷产值达120万元，经济效益十分可观［2］。草莓在冬季较长的生长过程中，受环境影响较大，光照是影响草莓产量和品质的重要环境因子［3］。北京地区雾霾严重，尤其冬春雾霾寡照常影响草莓的光合作用、花粉发育、授粉受精等，导致坐果率低、果实畸形，影响其经济效益［4-6］，因此，雾霾寡照成为影响京郊草莓设施栽培的主要环境因子［7］。赵义平等［8］在辽宁省研究发现，因雾霾造成的寡照导致设施蔬菜徒长、植物长势弱，大棚湿度增加，灰霉病发生严重，严重降低了蔬菜产量和品质。如何缓解恶劣的环境条件对草莓生产造成的不良影响，是近年来大家关注的热点问题。通过人工光补充技术可在一定程度上改善寡照状况，但对光源的选择和应用有一定的局限性［9］。李芳贤等［10］研究表明，玉米喷施生长调节剂，能够有效延长叶片光合作用时间，增加了光合产物的形成和积累。

谷胱甘肽（glutathione，GSH）是生物体中普遍存在的一种多肽，是细胞中存在的最丰富的小分子硫醇类化合物，有氧化型（GSSG）和还原型（GSH）两大类，人们通常提到的谷胱甘肽是指还原型谷胱甘肽［11-12］，氧化型谷胱甘肽需还原后才能发挥其重要的生理功能［13］。金春英等［14］研究发现，生物体内GSH和GSSG通过氧化还原反应可以相互转化，通常两者处于稳恒性动态平衡。研究表明，植株能够通过提高 GSH合成与代谢相关酶类的活性，从而增加自身对环境胁迫的抵抗能力［15-16］。植物受到低温或高温胁迫时，通过调节细胞中GSH/GSSG降低胁迫对自身危害，但植物仅靠内源GSH不足以保护细胞免受自由基侵害，外源GSH处理可提高植物对低温、高温、重金属和盐胁迫的抵抗能力［17］。刘会芳［18］研究表明在NaCl胁迫下，通过喷施GSH和GSSG 减轻了NaCl 胁迫对光合暗反应的抑制，有效缓解了盐胁迫对番茄生长的危害。但目前外源GSSG对作物抵御弱光胁迫的研究较少，尤其对冬春季生长的设施草莓的影响研究未见报道。

本文通过研究叶面喷施不同浓度GSSG对设施草莓生长、光合速率、产量和品质的影响，丰富GSSG提高农作物抗逆性的理论基础，同时针对北京地区设施草莓生产中冬季雾霾寡照情况，提出合理有效的GSSG施用浓度和施用技术，为高产优质草莓的生产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验设计

供试作物为‘红颜’草莓，由北京鑫城缘果品专业合作社提供。氧化型谷胱甘肽为日本生产的天然植物制剂（有效成分GSSG含量为15%）。试验在2015～2017年间种植两茬，即2015年10月～2016年5月和2016年10月～2017年5月，两个完整的生长周期。草莓定植时间分别是2015年10月9日和2016年10月22日，定植于北京市鑫城缘果品专业合作社日光温室，试验采用架式基质栽培的方式。

试验采用随机区组设计，共设置6个处理（即6个浓度梯度），每个处理3次重复，6个处理分别为：0（清水）、75、150、300、600和1 200 mg/L，分别在草莓苗期、初花期、一茬果膨果期、二茬果膨果期和三茬果膨果期喷施，同一处理不同时期喷施的浓度不变，全生育期共喷施5次，喷施时添加吐温作为表面吸附剂，以叶面完全湿润为宜。所有处理的施肥水平和管理措施完全一致，各个时期施肥情况如表1所示。

1.2 草莓生长期天气状况

两个草莓生长周期当地的雾霾天数如表2所示。

表1 草莓生育期施肥管理

表2 草莓生育期各月份累计雾霾天数

1.3 测定指标

叶面积的测定：在苗期喷施后7 d对各处理选取长势一致的植株取样测定，具体测定方法参照陈秀娟等［19］的方法。

叶片光合速率：在2015～2016种植季，2015年12月8日喷施，12月20日测定；2016～2017种植季，2016年12月4日喷施，12月11日测定。采用便携式光合仪（IC-pro SD 6400Li）在雾霾天气下测定，测定时每个重复选取长势一致的3株草莓测定数据，10∶00～13∶00测定全新展开功能叶片（第2～3片叶）的光合速率。

产量：各重复选取有代表性的6株草莓挂牌连续跟踪记录产量，测产时每隔3 d测一次，记录每株草莓个数和单果重，每次采收时测定各株产量，最终计算平均单株产量［20］。

果实品质测定：各重复选取5个成熟度一致的草莓榨汁过滤混匀，用TD-45数显糖度计测定混合液的可溶性糖含量，用GMK-835F水果酸度计测定混合液的酸度，并计算糖酸比［21］。

1.4 试验数据处理与分析

试验数据均采用Excel 2010进行处理，SAS 8.0软件（美国）的线性-平台模型进行不同变量的拟合。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施GSSG对草莓产量的影响

喷施不同浓度的GSSG对草莓各茬果产量的影响符合线性-平台的关系（图1），头茬果达到最高产量的临界GSSG浓度在2015～2016和2016～2017年分别为198和252 mg/L，此时单株最高产量分别为59和71 g；二茬果达到最高产量的临界GSSG浓度在2015～2016和2016～2017年分别为213和300 mg/L，此时单株最高产量分别为59和51 g。喷施GSSG对三茬果的影响相对较小，2015～2016年随GSSG浓度的增加，三茬果产量基本没有明显的变化，2016～2017年GSSG的临界浓度为205 mg/L时单株产量达到最高，为31 g。GSSG浓度在2015～2016和2016～2017年 分 别 为182和274 mg/L时，总产量达到最高，分别为153和145 g。 综合两年的结果，GSSG浓度在180～300 mg/L时草莓总产达到最高，GSSG浓度继续增加，产量不再显著增加。

图1 叶面喷施不同浓度GSSG对草莓头茬果、二茬果、三茬果及总产量的影响

2.2 喷施GSSG对草莓叶面积的影响

喷施GSSG对草莓叶面积有显著促进作用（图2），当GSSG浓度为150 mg/L时，叶面积显著增加。与喷施清水处理相比，2015～2016年喷施不同浓度GSSG使草莓叶面积显著增加6.1%～36.7%。与清水处理相比，GSSG浓度为75 mg/L时，叶面积显著增加，当GSSG浓度为1 200 mg/L时，叶面积达到最大值。2016～2017年喷施GSSG浓度为150 mg/L时，草莓叶面积显著增加，在GSSG浓度从300 mg/L增加到1 200 mg/L时，叶面积有增加趋势，但差异不显著。说明GSSG对草莓叶片生长的促进作用与喷施浓度有关。

图2 叶面喷施不同GSSG浓度对草莓叶面积的影响

2.3 叶面喷施GSSG对草莓光合速率的影响

如图3所示，在雾霾天喷施GSSG浓度与叶片光合速率呈显著正相关关系（P≤0.05），随着GSSG浓度的增加，光合速率呈线性增加，当GSSG浓度达到1 200 mg/L时，光合速率达到最大，此时光合速率分别为 9.19 和 9.80 μ mol/（m2·s）。

图3 叶面喷施不同GSSG浓度对草莓光合速率的影响（雾霾天）

2.4 草莓产量与叶面积和光合速率的关系

草莓产量与叶面积和光合速率均呈线性正相关关系，2015～2016和2016～2017年结果表明，随着叶面积和光合速率的增加，草莓产量显著增加（P≤0.01）（图 4）。

图4 草莓产量与叶面积和光合速率的关系

2.5 叶面喷施GSSG对草莓产量构成和品质的影响

喷施GSSG对草莓各茬果的果数有显著提高，且随着GSSG浓度的增加，各茬果的果数增加（表3），说明喷施GSSG能够提高草莓结果数，但各茬果的平均单果重影响较小。与喷施清水处理相比，GSSG浓度为150 mg/L时，头茬果和二茬果的果数分别显著增加了27.3%和50.0%。GSSG浓度增加到300 mg/L时，前两茬果的果数平均分别增加了0.9和1.2个，三茬果的果数无显著差异，随着GSSG浓度的继续增加对草莓各茬果的果数影响较小。

草莓各茬果的糖酸比均在11以上，喷施GSSG对草莓各茬果的糖度有提高作用，随着草莓糖度的增加，酸度也逐渐增大，二、三茬果的糖酸比显著提高（表4）。与喷施清水处理相比，GSSG浓度达到300 mg/L时，二茬果的糖度有显著提升，糖酸比无显著影响，GSSG浓度增加到600 mg/L时，头茬果、二茬果和三茬果糖度显著提高，对二茬果的糖酸比有显著提高，对头茬果和三茬果糖酸比无显著提高。

表3 叶面喷施不同浓度GSSG对草莓产量构成的影响

表4 叶面喷施GSSG对草莓果实品质的影响

3 讨论

光照是植物生长最重要环境因素之一，随着光强的降低，植物的生长能力减弱［22-23］。北京地区设施草莓生长的前期一般在每年9～12月份（表2），雾霾寡照时常发生，造成草莓生长势弱，成为限制草莓正常生长的主要因素［24］。本研究表明叶面喷施GSSG可显著提高草莓的产量，且GSSG的浓度与前两茬果和总产量均符合线性-平台模型，随着GSSG浓度的增加，草莓产量呈先增加后趋于稳定，当GSSG浓度为180～300 mg/L时，草莓总产量达到最大。这为草莓生产中推荐合适的GSSG浓度提供了重要指导。喷施GSSG对三茬果产量的影响较小，可能由于在结果后期，产量显著下降，且天气状况改良， 雾霾天减少（表2）。

光合作用是植株生物量累积的最终来源，Beadle等［25］和Long等［26］指出提高光合作用和有效的叶面积指数对于提高光能的截获速率具有重要贡献，并进一步提高植株生物量。雾霾寡照胁迫下会使光合作用中的酶促反应减慢，影响作物的生长和光合速率［27-28］。通过对喷施GSSG对植株叶面积和光合速率的分析，GSSG浓度在150 mg/L时能够显著增加草莓叶面积，叶片光合速率与GSSG浓度呈正相关关系（图2，3），说明喷施GSSG能够缓解寡照弱光对草莓生长的影响，在适宜浓度下，可显著促进植株的生长，这与刘会芳［18］研究结果类似。研究表明，植物体内谷胱甘肽水平的高低与周围环境胁迫的容忍密切相关，弱光低温环境能引起植物细胞中GSSG还原转化为GSH，使植物细胞中GSH/GSSG增加，减轻植物细胞的脂质过氧化作用，减缓弱光低温对草莓生长的抑制作用，从而增强植物对环境胁迫的抵抗［29］，因此，氧化型谷胱甘肽可以减缓弱光对植物光合作用的胁迫，促进植株的营养生长，增加生物量积累，进而提高草莓的产量。本研究中光合速率与GSSG浓度线性相关但斜率较小，可能由于在雾霾弱光胁迫条件下，在一定光合速率的基础上，通过喷施GSSG对光合速率有显著提升，但提升的幅度相对较小；光照强度较弱时，达不到叶片的光饱和点，光合速率会随着浓度呈线性增加［30］。

果类作物的产量高低主要由单株坐果数和单果重决定。从产量构成因素分析，喷施GSSG对各茬果产量的影响主要是通过增加各茬果的结果数，而对单果重的影响较小。与喷施清水处理相比，GSSG浓度为150～300 mg/L时，对头茬果、二茬果的果数均有显著增加，但随着浓度的继续增加，草莓各茬果的果数无显著增加，结合图1的结果，当GSSG浓度高于300 mg/L时，各茬果的产量均达到产量平台。通过对叶面积与产量和光合速率与产量的模拟，结果表明，叶面积和光合速率均与产量呈显著的线性相关（P≤0.01）（图4），草莓生长过程中，喷施GSSG通过增加植株叶面积和光合速率，进而提高其产量。叶面积和光合速率的增加，使叶片截获更多的光能，有助于草莓生育期生物量和光合产物的积累，有利于草莓获得较高的结果数和产量，这与陈银华等［31］研究结果一致。

光合作用把太阳能转化成化学能储存在淀粉和蔗糖中，雾霾寡照下严重影响草莓的光合作用，造成草莓果实不变红，变红的果实口感不甜，品质下降［32］。喷施GSSG对各茬果糖度有显著的提升作用，喷施适宜浓度的GSSG能够通过增加光合速率，加快碳水化合物的合成，提高果实糖度和口感。

4 结论

叶面喷施GSSG对草莓生长和产量、品质有显著影响，综合两年的结果，当GSSG浓度为180～300 mg/L时，产量达到最高，继续增加GSSG浓度产量不再进一步增加。产量的增加主要是由于草莓前两茬果的果数显著增加，喷施GSSG通过提高草莓叶面积和叶片光合速率进而提高单株果数。同时，喷施GSSG对草莓的糖度也有一定提升。综上所述，叶面喷施GSSG能缓解秋冬季雾霾寡照天气对草莓生长和产量形成的不利影响，这种效果与GSSG的喷施浓度有关，在北京地区设施草莓生产中，喷施GSSG浓度180～300 mg/L较为适宜。